一种用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板及生产方法与流程

1.本发明涉及一种用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板及生产方法。


背景技术：

2.地质钻杆用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置，是尾部带有缧纹的钢管。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并将钻头提高、降低或旋转的底孔装置。钻杆必须能够承受巨大的内外压力、扭曲力、弯曲力和振动。在开采和提炼过程中，钻杆可重复使用。抗拉强度高、同时垂直度好。目前地质钻杆母材选用高强度合金结构钢热轧卷板，强度较高，但是抗疲劳性、耐磨性、双向耐压性较差，造成钻杆使用寿命较低，造成钻杆浪费严重。


技术实现要素：

3.为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板及生产方法，采用钛含量≥0.035％的成分设计，改善钢水的冶炼工艺，使母材具有高抗疲劳性，具有高耐磨性、耐热性、焊接性、双向高耐压性，提高地质钻杆使用寿命。
4.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
5.一种用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板，化学成分按重量百分比计：
6.c 0.06％～0.08％，mn 1.70％～2.00％，si 0.15％～0.25％，al 0.010％～0.030％，ti 0.035％～0.050％，nb 0.05％～0.07％，v 0.020％～0.040％，b≤0.0002％，p≤0.008％，s≤0.0020％，n≤0.0040％，o≤0.0015％，h≤0.0005％，余量为fe及不可避免夹杂物。
7.一种用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板的生产方法，生产工艺包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热连轧控轧控冷、层流冷却、卷取；所述的铁水预处理：脱硫控制[s]≤0.0030％；钢水中b含量≤2ppm，精炼采用rh真空脱气和lf炉双工位；
[0008]
所述的连铸：中包液相线温度控制在15～30℃，并采用液芯轻压下(压下量：7～8mm)，控制铸坯中心c类偏析小于1.5级，全过程采用保护浇注，中间包过热度控制在≤28℃；
[0009]
连铸成厚度为230mm的铸坯，铸坯再加热采用下线清理角部裂纹后冷装入炉；
[0010]
铸坯在加热炉中加热3.5～4.5小时，控制铸坯出炉温度1180～1250℃，使铸坯中合金元素充分固熔；
[0011]
所述的热连轧控轧控冷：在热连轧机组进行粗轧和精轧，入精轧前中间坯厚度为45～58mm；精轧开轧温度960℃～980℃，终轧温度控制在790～850℃；
[0012]
精轧后钢板采用连续层流冷却，冷却速度控制在16～26℃/s，冷却后的钢板卷取温度在500～560℃。
[0013]
卷取后的热轧卷板自然冷却到室温。
[0014]
所述的热轧卷板的屈服强度≥550mpa；抗拉强度≥620mpa；延伸率≥17％；冲击功
≥63j；冲击剪切面积单个≥80％，平均≥90％；抗动态撕裂能力dwtt 0℃：单个≥70％，平均≥80％；hv10≤265；
[0015]
且有充分富余量的情况下，具有更好的抗疲劳性、耐磨性和低温韧性，hv10在236～260之间，硬度均一；晶粒度为12～14级，金相组织为针状铁素体 椭圆岛状m/a复合组织。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017]
本发明通过低成本的成分设计和改善钢水的冶炼工艺，提高钢水的纯净度，减少钢水中夹杂物含量，控制钢水中的气体含量，同时减少组织偏析，从而使地质钻杆屈服强度≥550mpa具有高抗疲劳性能。同时通过控轧控冷实现热轧卷板具有高强高韧性同时，同时具有双向高耐压性，同时保证具有良好的焊接性，具有高抗疲劳性，具有高耐磨性、耐热性。用此材料制造的地质钻杆使用寿命是目前高强度合金结构钢地质钻杆5-8倍，减少地质钻杆资源的浪费。具体优点：
[0018]
1、通过热轧机组控轧控冷实现屈服强度≥550mpa高强高韧同时，实现板材同一方向强度均匀性、一致性，从而实现板材双向抗压性。
[0019]
2、成分设计上，不影响韧性情况下采用适量增加提高强度元素c、高mn、nb v ti无贵重合金元素mo、ni的设计。
[0020]
1)采用钛含量0.035％～0.050％的成分设计，钛主要起析出强化和细晶强化作用，钛的作用主要如下几个方面：钛能与氮、碳结合，形成稳定的氮化物、碳化物，防止奥氏体晶粒尺寸过大，使材料本身具有良好的焊接性能；钛能减少钢中的硫化物的析出，改善材料的各向异性及冷成型性；钛含量适量(ti：0.035％-0.050％)，结合合适的热轧机组压下量及温度控制，能形成均匀弥散细小的碳化钛，起到析出强化作用；形成均匀弥散细小碳化钛既能不损害韧性的同时能显著提高强度，同时均匀细小的氮化钛增强板材的耐磨性。钛含量过高ti＞0.050％，形成大颗粒尖角状氮化钛严重损害母材的韧性。
[0021]
2)提高材质的强韧性和焊接性，加入nb、v、ti元素促进晶粒细化，在提高强度的同时，改善钢的韧性；合理ti元素添加，形成的tin、tic第二相粒子，起到析出强化作用，这些细小均匀弥散椭圆形颗粒不降低母材低温韧性可以显著提高强度，同时显著增强耐磨性。同时v元素的添加，增强了钢板母材的耐热性。低气体含量o、n、h低p、s控制，减少夹杂物，提高韧性同时，减少敏感冷裂纹源产生，可以显著提高抗疲劳性；高mn元素添加，替代mo、ni元素合金韧性和强度强化。可以显著降低合金成本。具有很好的经济性。
[0022]
3、通过铸坯在加热炉中加热3.5～4.5小时，控制铸坯出炉温度在1180～1250℃，使铸坯中合金元素充分固熔。然后在热连轧机组进行粗轧和精轧，入精轧前中间坯厚度保证在45～58mm之间。精轧开轧温度控制≤980℃，终轧温度控制在790～850℃；精轧后钢板采用连续层流冷却、控制冷却速度16～26℃/s，控制冷却后的钢板卷取温度在500～560℃。通过冷却速率控制，获得针状铁素体 m/a岛复合组织，制造的板材具有优良的强韧性和焊接性能，同时具有低屈强比，使制造的板材制管后具有良好的形变裕度，抗动态撕裂能力。
附图说明
[0023]
图1是边部显微组织的金相图。
[0024]
图2是1/4处显微组织的金相图。
[0025]
图3是心部显微组织的金相图。
具体实施方式
[0026]
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0027]
实施例
[0028]
用于高强高韧耐磨地质钻杆的热轧卷板及生产方法，生产的钢板金相组织为针状铁素体 m/a岛复合组织，铁素体晶粒度12.5～14级。典型的金相组织形貌见图1～图3。
[0029]
选择表1所示的化学成分钢为原料，连铸板坯厚度尺寸为230mm。将铸坯经过蓄热室加热炉加热、然后经热连轧机组粗轧、精轧进行控轧控冷和卷取。控制加热温度、终轧温度、冷却速率和卷取温度。实施例化学成分见表1，实施例控轧控冷工艺见表2，实施力学性能指标见表3，实施例系列温度冲击功见表4，抗动态撕裂能力sa％结果见表5，hv10结果见表6。
[0030]
表1实施例实测化学成分(重量百分比，wt％，余量为fe及不可避免杂质)
[0031][0032]
表2实施例轧制和冷却工艺参数
[0033][0034]
表3实施例力学性能指标
[0035][0036]
表4实施例系列温度冲击功
[0037][0038]
表5抗动态撕裂能力sa％
[0039][0040]
表6 hv10硬度指标
[0041][0042]
实验结果：
[0043]
从上述实施案例中看得出本工艺产品在保证地质钻杆符合标准要求：屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥620mpa，延伸率≥17％，冲击功≥63j，冲击剪切面积单个≥80％、平均≥90％，抗动态撕裂能力dwtt(0℃)：单个≥70％、平均≥80％。hv10≤265。且有充分富余量的情况下，具有更好的抗疲劳性、耐磨性和低温韧性，hv10在236～260之间，硬度均一，在不影响韧性情况下，实现良好的外界复杂环境使用的耐磨性。且有充分富余量的情况下，具有更好的抗疲劳性、耐磨性和低温韧性，在-60℃还具有良好的冲击韧性和良好的dwtt性能指标，增强了地质钻杆低温恶劣外部环境使用寿命。热轧卷板晶粒度13.5级，组织为针状铁素体加均匀细小m-a组元复合组织，金相组织如图1-图3所示。